经验模态分解和独立分量分解在航磁数据处理中的应用

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1、623—629．2014地质学刊第38卷第4期doi：10．3969／j．issn．1674—3636．2014．04．623经验模态分解和独立分量分解在航磁数据处理中的应用王成彬1”，陈建国1⋯，肖凡3，梁良1(1．中国地质大学(武汉)资源学院，湖北武汉430074；2．中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室，湖北武汉430074；3．中山大学地球科学与地质工程学院，广东广州510275)摘要：以东天山l：20万航磁数据为例，利用经验模态分解(EMD)方法对航磁数据进行分解，然后利用独立分量分析

2、(IcA)方法对分解出的固有模态函数(IMF)数据进行重构。分解出来的从高频到低频IMF与地质体的分布具有一定的相关性，不同频率的IMF代表了一定的地质意义。经过IcA重构后的独立分量(Ic)能够对异常IMF函数从盲源分离的角度进行有效的重构，其结果可以在一定程度上解释不同的地质事件对磁异常的贡献，并对构造识别和构造区域划分具有一定的指示意义。关键词：经验模态分解；独立分量分解；固有模态函数；航磁数据；东天山；新疆中图分类号：P631．2+4文献标识码：A文章编号：1674—3636(2014)04—0

3、623—070引言物化探数据是矿产勘查和矿产资源定量预测与评价的重要数据来源之一。物化探异常的识别和提取是物化探找矿中的一个基本问题和重要的研究方向。早在20世纪七八十年代，国内外学者(黄意信，1975；Olesenetal，1984)就将数理统计分析的思想用于数据的处理和异常识别，但这些传统的化探数据处理分析方法大多基于比较严格的正态或混合正态分布假定(Comack，1971)。由于地质过程的复杂性以及成矿过程的多期次叠加的特征，实际获取的物化探数据往往是多源信息的混合，并不满足这个假定条件，而是具有

4、非线性、非平稳的特征。随着找矿难度的日益加大，人们由地表或近地表的浅部矿的找寻逐步过渡到深部隐伏矿的寻找，这就面临着找矿过程中对与成矿有关的弱异常的提取问题，此时传统方法的局限性就更加显现出来。近年来，很多学者都在不断地尝试和探索一些新的方法手段用于物化探数据处理及其异常识别，如：小波(陈建国等，1999；黄厚辉等，2007；zhangetal，2000)、分形(成秋明，2001；李庆谋等，2004；陈志军，2007；Cheng，2007；Xieetal，2008；Chengeta1，2009)、非负矩

5、阵分解(张生元等，2009；Heslopetal，2007)。成矿信息的识别与提取主要研究方向是成矿信息的分离与重构，以达到获取与成矿相关信息的目的。物化探等成矿信息的分离主要是通过一定的技术手段将叠加在一起的矿致异常与背景异常分离开来，常见方法如滑动平均、趋势面分解、匹配滤波、小波、分形等。但上述方法在实际应用过程中需要预先设定相应的参数，参数的不同导致分解结果也不同。经验模态分解(EmpiricalModeDecomposition，EMD)是由美国NASA的Huang等(1998)提出的一种分析非

6、线性、非平稳信号的方法，它引入了固有模态函数(IntrinsicModeFunction，IMF)的概念。独立分量分析(IndependentComponentAnalysis，ICA)是近年发展起来的一种信号分解技术、它是伴随盲源分离(BlindSourceSeparation，BBS)问题发展起来的，该方法以非高斯源信号为研究对象，在它们统计独立的假设下对多路观测到的混合信号进行盲分离，将多源信号按统计独立的原则分离成若干独立成分的源信号。近年来，很多学者将EMD的方法用收稿日期：2叭4—08—20

7、；编辑：陆李萍基金项目：“十二五”国家支撑计划课题(20llBAB06808—2)、中国地质调查局项目(12120113089100，1212叭1120986)、中国地质科学院物化探研究所基本科研业务费项目(wHS201205)、国家自然科学基金面上项目(41272361)联合资助作者简介：王成彬(1988一)，男，博士研究生，研究方向为矿产勘查与评价，E—mail：wangcug@hotmailcom624地质学刊2叭4年12月于物探重磁资料的处理(周文纳等，2010；陈建国等，201l；曾琴琴等，2

8、011)。本研究拟利用二维经验模态分解(BEMD)方法对东天山航磁数据进行分解，并利用IcA方法对分解出来的固有模态函数(IMF)进行重构。1基本原理1．1二维经验模态分解经验模态分解法认为，任何复杂的时间(空间)信号(数据)都由高频到低频的若干阶固有模态函数组成。固有模态函数不同于快速傅里叶变换(FastFourierTransf0瑚，FF1’)的正弦余弦函数或小波变换的小波函数，它不是简单预定的，而是根据具体的信号特征来确定的。固有模态